Mobilní pevné disky - testujeme otáčky

Vyšší otáčky a kratší doba vyhledávání

Většina uživatelů se domnívá, že vyšší otáčky pevného disku nutně znamenají vyšší výkon. To je pravdou jen z části. Na úvod si proto povíme něco o tom, jak disk funguje a co ovlivňuje jím poskytovaný výkon.

Data jsou na disku uložena na kotoučovém záznamovém médiu zvaném plotna a to v kruzích a za sebou (tzv. stopy). Každá stopa tak obsahuje určitou sekvenci dat (např. jeden soubor). Jedna plotna na sobě nese obrovské množství v kruzích zapsaných informací. Z této plochy se data čtou pomocí hlavičky mikroskopických rozměrů.

Hlavička se musí v případě čtení či zápisu dat na plotnu nacházet přímo nad místem, kde má dojít k manipulaci s daty. A to znamená, že se musí přemísťovat. Toto je realizováno dvěma pohyby uvnitř disku - otáčením ramena s hlavičkou opisováním krátké části kružnice (na obrázku výše modrá barva) a otáčením plotny (zelená barva). Obě tyto operace trvají nějaký čas. Přesouvací hlavičky (jinak také seek) může nabývat některé ze třech podob:

• track-to-track seek (přesun na sousední stopu) - Nejkratší možná doba. Data určená ke čtení / zápisu se nachází těsně vedle aktuální pozice. Motor přesune hlavičku o jedinou pozici.
• full stroke seek (přesun v celé délce) - Nejdelší možná doba. Hlavička je aktuálně u kraje plotny a požadovaná data jsou u druhého kraje. Motor musí přesunout hlavičku o celou šířku.
• average seek (průměrný přesun) - Typická hodnota reprezentovaná průměrem doby přesouvání za všech možných situací - jinými slovy přesun o polovinu možné šířky.

Druhá operace vyplývá z toho, že hlavička sice může být nad tou správnou stopou, již ale nemusí být přímo nad správnými daty. Nějakou dobu proto musí počkat, než motor otočí plotnou a data se objeví přímo pod ní. Nejlepší situace nastává, kdy se data objeví pod hlavičkou ihned po jejím přesunu. Naopak nejhorší situace nastane, když se plotna musí otočit o celou svojí délku. Průměrná doba pak činí otočení o polovinu délky plotny [ (0 + max) / 2 = max / 2) ]. Tato doba se nazývá rotation latency.

Rotation latency je nepřímo úměrná rychlosti otáčení. Čím rychleji se plotna točí, tím kratší dobu otočení trvá. Pro standardní otáčky pak platí následující doba rotační latence:

Otáčky za minutu	Rotační latence
4200	7,14 ms
5400	5,55 ms
7200	4,16 ms
10000	3,00 ms
15000	2,00 ms

Součet dob průměrné doby přesunu a rotační latence udává průměrnou dobu vyhledávání dat. Pokud tedy výrobce pevného disku udává average seek 8,5 ms a disk se točí rychlostí 7200 otáček za minutu, bude průměrná doba vyhledání dat 12,66 ms.

Mohlo by se zdát, že cesta ke zvyšování výkonu spočívá v zrychlování seeku a zvyšování počtu otáček. Ano, to je pravda, ale má to některá negativa. Zrychlování seeku je možné nasazením rychlejšího motorku. Ten ale také obvykle spotřebuje více energie, více se hřeje, je hlučnější a konec konců také méně spolehlivý (materiály jsou totiž vystavovány náročnějším podmínkám). Tudy cesta tedy příliš nevede. Proč tedy nezvýšit otáčky? I toto má svá úskalí.

Vyjma toho, že vyšší otáčky znamenají kratší dobu čekání na vyhledávání dat, mají také jednu další pozitivní vlastnost - fyzická rychlost střídání plochy pod hlavičkou je vyšší (jinými slovy stopu hlavička proletí za kratší čas). Pokud uvažujeme stejnou hustotu záznamu, pak vyšší fyzická rychlost přesunu plochy také znamená, že pod hlavičkou za stejný časový okamžik "propluje" větší množství dat. A díky tomu je možné je rychleji číst a zapisovat. Disky s vyšším počtem otáček jsou proto teoreticky rychlejší. Má to ale jeden zásadní problém - vyšší rychlost otáčení a s ní spojená vyšší fyzická rychlost přesouvání plochy znamenají vyšší nároky na přesnost a elektrickou rychlost hlavičky. Pokud na změnu dat stačí určité množství energie v Joulech, pak hlavička, pod kterou se plocha přesouvá rychleji, musí mít nutně vyšší Wattový výkon. A to je ne vždy možné docílit.

Proto disky s vyšší rychlostí otáčení plotny mají ve většině případů nižší hustotu záznamu. A to jak ve stopě samotné, tak i co se počtu stop týče. Kvůli tomu mají nižší výslednou kapacitu a onen bonus vyplývající z vyšší fyzické rychlosti přesunu plochy je značně sražen. Jinými slovy jediným naprosto nepopiratelným přínosem disků s vyššími otáčkami je kratší doba vyhledávání, nikoli rychlejší zápis či čtení.

Fyzická velikost disku - významný determinant rychlosti

Vyjma rychlosti otáčení plotny a rychlosti přesunu hlavičky existuje ještě jeden velmi významný faktor ovlivňující výkon - fyzická velikost. Kdysi byly běžné pevné disky s šířkou 5,25 palce (tedy cca. 13 cm). Dnes se do stolních počítačů dávají disky s velikostí 3,5 palce (9 cm) a do notebooků disky 2,5 palcové (6 cm). Existují ale už i malé velikosti 1,8 palce (4,5 cm) a konečně také disky Microdrive velké asi jako krabička od sirek.

Proč je velikost tak důležitá? Určuje totiž obvodovou rychlost. Disk, který má plotnu o šířce 3 palce, dosahuje při stejné úhlové rychlosti u středu také stejné obvodové rychlosti jako disk s plotnou o šířce 2 palce. Avšak na vnější straně má obvodovou rychlost mnohem větší. To proto, že obvod je zde větší, což při stejné rychlosti otáčení...

Jak vidíte, o padesát procent širší plotna má také na své vnější straně o padesát procent delší obvod, a tudíž také o padesát procent vyšší obvodovou rychlost. Jak již víme z předchozího odstavce, vyšší fyzická rychlost přesouvání plochy znamená (při stejné hustotě záznamu) vyšší rychlost čtení a zápisu. Z tohoto důvodu jsou disky s větší velikostí při stejných otáčkách ve čtení a zápisu obvykle rychlejší.

Větší velikost má ale i negativní stránku - tou je rychlost přesunu hlavičky (seek). Větší plotna totiž znamená delší fyzickou vzdálenost, kterou musí hlavička při přesunu v průměru urazit. Toto byl také důvod, proč se upustilo od 5,25 palcových disků - doba vyhledávání u nich byla příliš dlouhá.

Testované disky a testovací sestava

Nyní se již vrhněme na samotné testy. K těm jsem dostal tři v současnosti dostupné pevné disky firmy Hitachi. Jedná se o 80GB modely z řad Travelstar.

	Travelstar 80GN	Travelstar 5K100	Travelstar 7K100
otáčky za minutu	4200	5400	7200
maximální hustota záznamu (Gbits / palec)	70	70	66
počet ploten / hlaviček	2 / 4	2 / 4	2 / 4
average seek	12 ms	12 ms	10 ms
rotační latence	7,14 ms	5,55 ms	4,16 ms
velikost bufferu	8 MB	8 MB	8 MB
rozhraní	Ultra ATA 100	Ultra ATA 100	Ultra ATA 100

Bohužel se nepodařilo sehnat aktuální model s 4200 o/m řady Travelstar 4K120 - distributoři jej stále ještě nemají na skladech. Místo něj tedy posloužil starší Travelstar 80GN, který má o necelých 30 % nižší hustotu záznamu, a je tudíž o něco pomalejší. Na druhou stranu nám tato absence novějšího modelu umožní přímé porovnání mezi disky s rozdílným počtem otáček - modely 80GN a 5K100 totiž mají (až na rozdílné otáčky) zcela stejné parametry. Dvojici doplnil v současnosti špičkový model Travelstar 7K100 se 7200 otáčkami za minutu a ještě rychlejší dobou přesunu hlavičky.

Abych mohl srovnat výkon mobilních disků s jejich kolegy pro stolní počítače, posloužila stejná testovací sestava jako v minulém megatestu:

Intel Pentium 4 eXtreme Edition 3.40 GHz (Gallatin, 2MB L3 cache)
Gigabyte GA-8I955X Royal, čipset i955X + ICH7R, BIOS F8
2x 512MB DDR2-533

Disky byly přes redukci připojeny k Ultra ATA 100 řadiči pevných disků jižního můstku ICH7R. Pro testování posloužily stejné programy jako minule. Pro porovnání byl do grafů zařazen i stolní 250 GB pevný disk Hitachi T7K250 pro Ultra ATA rozhraní, který minule skončil celkově pátý. Jeho skóre v aplikačním testu H2BENCHW tehdy činilo 24,4 bodů. Nejrychlejší pevný disk - Maxtor DiamondMax 10 - dosáhl ve stejném testu skóre 27 bodů.

Srovnání disků s různými velikostmi je proti pravidlům testování. Různá kapacita totiž způsobuje, že stejné množství dat zabere na plotně u disku s větší kapacitou fyzicky menší vzdálenost. Díky tomu se zkracuje doba vyhledávání dat a zvyšuje rychlost čtení a zápisu. Disk s větší kapacitou tak vychází v testech jako rychlejší. Protože zde ale chceme porovnat disky pro stolní počítače vs. pro mobilní počítače a to takové, které jsou právě v kursu, můžeme tuto vyšší rychlost vlivem vyšší kapacity přičíst stolním pevným diskům k dobru.